TWI571947B

TWI571947B - Calculation method of wafer thickness measurement

Info

Publication number: TWI571947B
Application number: TW105112078A
Authority: TW
Inventors: zhao-wei Tang
Priority date: 2016-04-19
Filing date: 2016-04-19
Publication date: 2017-02-21
Also published as: TW201738979A

Description

晶圓厚度量測計算方法

本發明係關於一種量測計算晶圓厚度的方法。

於晶圓產業中，於將母晶圓製作為產品前，母晶圓會依據不同的設計及使用需求而被磨薄成具有適當厚度的待處理晶圓。縱然，現有技術已能透過控制研磨製程的參數將待處理晶圓的厚度妥善控制在理想的範圍內，但仍可能因為研磨器械異常、耗材磨損、耗材品質不佳等因素，影響到待處理晶圓的厚度，從而影響到待處理晶圓的良率。

是以，於獲得待處理晶圓後，現有技術會以接觸式計算方法或者非接觸式計算方法隨機抽樣或逐一檢測待處理晶圓之厚度，為能及時發現研磨製程的異常並維持待處理晶圓的品質。

然此，無論是使用接觸式或非接觸式量測儀器量測待處理晶圓之厚度，都有量測錯誤的問題存在。分述如下：

接觸式量測儀器，以桌上型手動雙氣壓探頭測量儀為例，量測人員先將該待處理晶圓放置於一基準平台上，接著施力相對位於該基準平台上方的探頭下壓於該待處理晶圓上，經由中央處理器判讀並獲得該待處理晶圓之厚度。然而，量測人員之每次施力大小並不相同，且不同量測人員之施力大小也不相同，從而難以判斷待處理晶圓之厚度是否在理想範圍內，亦難以獲知研磨製程的異常是否異常。

非接觸式量測儀器，以光學式晶圓厚度量測儀為例，待處理晶圓的厚度係以中央處理器判讀探頭所偵測的光源反射而獲得。然而，若該待處理晶圓內部所存在有孔洞結構，光源反射行為會因而改變，造成待處理晶圓的厚度判讀錯誤。

鑒於上述現有技術的缺點，本發明之目的在於提供一種晶圓厚度量測計算方法，其係能減少因量測人員的不同或因晶圓結構所造成的量測錯誤，從而能獲得提升厚度量測值之準確率。

為了達到前述的發明目的，本發明所採取的技術手段係令該晶圓厚度量測計算方法，其步驟包含：提供一母晶圓，該母晶圓包含有一第一表面、一相反於該第一表面的第二表面及一形成於該第一表面與該第二表面之間的厚度；以乾蝕刻技術形成一標記凹部於該母晶圓之第一表面上，該標記凹部包含有一底壁及二側壁，各側壁包含有一內端、一外端及一位於該內端與外端之間的待測點，各側壁之內端及外端分別與該第一表面及該底壁相接，各側壁與該底壁之間具有一不等於90°的夾角，該等側壁之外端之間的連線平行於該底壁，且該等側壁之待測點之間的連線平行於該底壁，且該等側壁之延伸線交會於一交點；以光學顯微鏡量測該等側壁之外端的間距；以該夾角與該等外端的間距計算該交點至該等外端之間的連線之垂直距離；研磨該第一表面以形成一與該等側壁之待測點相接的第三表面，從而獲得一待處理晶圓，該待處理晶圓包含有該第二表面、該第三表面及一形成於該第三表面與該第二表面之間的厚度；以光學顯微鏡量測該等側壁之待測點的間距；以該夾角與該等待測點的間距計算該交點至該等待測點之間的連線之垂直距離；計算該交點至該等外端之間的連線之垂直距離與該交點至該等待測點之間的連線之垂直距離的差值；令該母晶圓之厚度減去該差值，以獲得該待處理晶圓之厚度。

本發明之晶圓厚度量測計算方法，僅需藉由量測所述標記凹部於薄化前後的該等側壁之外端的間距及該等側壁之待測點之間距配合夾角，即可獲得該待處理晶圓之厚度。經由所述晶圓厚度量測計算方法所獲得的待處理晶圓之厚度，不易受到不同人員的量測手法或待處理晶圓內部的孔洞結構而產生變異。故能避免量測錯誤並提升厚度量測之準確率。

較佳的是，所述乾蝕刻技術為深反應性離子蝕刻技術(deep reactive ion etching technique)。

較佳的是，以乾蝕刻技術形成一標記凹部於該母晶圓之第一表面上之步驟包含：先後以六氟化硫(SF ₆)蝕刻(etching)該第一表面及以八氟環丁烷(C ₄F ₈)鈍化(passivation)該第一表面，以獲得所述標記凹部。

較佳的是，各側壁與該底壁之間的夾角小於90°，且該交點位於第一表面遠離該第二表面之一側；以該夾角與該等外端的間距計算該交點至該等外端之間的連線之垂直距離之步驟包含：令該等外端的間距的二分之一乘以該夾角之正切函數(tangent)，獲得該交點至該等外端之間的連線之垂直距離；且以該夾角與該等待測點的間距計算該交點至該等待測點之間的連線之垂直距離之步驟包含：令該等待測點的間距的二分之一乘以該夾角之正切函數，獲得該交點至該等待測點之間的連線之垂直距離。

較佳的是，各側壁與該底壁之間的夾角大於90°，且該交點位於第一表面靠近該第二表面之一側；以該夾角與該等外端的間距計算該交點至該等外端之間的連線之垂直距離之步驟包含：令該等外端的間距的二分之一乘以該夾角的互補角之正切函數，獲得該交點至該等外端之間的連線之垂直距離；且以該夾角與該等待測點的間距計算該交點至該等待測點之間的連線之垂直距離之步驟包含：令該等待測點的間距的二分之一乘以該夾角的互補角之正切函數，獲得該交點至該等待測點之間的連線之垂直距離。

較佳的是，所述母晶圓之材質包含有矽、鍺、石英或玻璃。

請參閱圖1所示，本發明的晶圓厚度量測計算方法之步驟包含：提供一母晶圓S1、以乾蝕刻技術形成一標記凹部於該母晶圓上S2、量測該標記凹部的二側壁之外端的間距S3、計算該標記凹部的二側壁之延伸線的交點至該等外端之間的連線之垂直距離S4、研磨該第一表面以形成一與該等側壁之待測點相接的第三表面從而獲得一待處理晶圓S5、量測該等側壁之待測點的間距S6、計算該交點至該等待測點之間的連線之垂直距離S7、令該母晶圓之厚度減去該兩垂直距離的差值以獲得該待處理晶圓之厚度S8。

實施例1

於本實施例中，本發明之晶圓厚度量測計算方法之各步驟詳述如下。

請參閱圖2所示，首先，提供所述母晶圓10，所述母晶圓10包含有所述第一表面11及一相反於所述第一表面11的第二表面12，且所述母晶圓10之厚度T形成於該第一表面11與該第二表面12之間。於本實施例中，所述母晶圓10之厚度T為725微米(μm)，且所述母晶圓之材質為矽。

接著，請參閱圖3所示，以乾蝕刻技術於所述第一表面11上形成所述標記凹部20，所述標記凹部20包含有一底壁21及所述二側壁22，各側壁22包含有一內端221、所述外端222及所述待測點223，所述待測點223位於該內端221與所述外端222之間，各側壁22之內端221及外端222分別與所述第一表面11及該底壁21相接，各側壁22與該底壁21之夾角R不等於90°，該等側壁22之外端222之間的連線平行於該底壁21，且該等側壁22之待測點223之間的連線平行於該底壁21，且該等側壁22之延伸線交會於所述交點I。其中，所述交點I與該等側壁22之內端221構成一第一等腰三角形，所述交點I與該等側壁22之外端222構成一第二等腰三角形，所述待測點223與該等側壁22之外端222構成一第三等腰三角形，且該第二等腰三角形相似於該第一等腰三角形，該第三等腰三角形相似於該第一等腰三角形。於本實施例中，所述乾蝕刻技術為深反應性離子蝕刻技術，其係對該第一表面11依序進行使用六氟化硫的蝕刻步驟10秒至15秒以及使用八氟環丁烷的鈍化步驟4秒至7秒，並且重複所述依序進行使用六氟化硫的蝕刻步驟6秒以及使用八氟環丁烷的鈍化步驟10秒，從而形成所述標記凹部20，六氟化硫之氣體流量為300標準毫升/分鐘(standard-state cubic centimeter per minute，簡寫：sccm)至1000 sccm，八氟環丁烷之氣體流量為200 sccm至500 sccm，載片台功率為20瓦特(Watt，簡寫：W)至100W，線圈功率為1000W至3500W，該夾角R小於90°，且所述交點I係位於第一表面11遠離該第二表面12之一側；具體而言，該夾角R為60°±1°。

之後，請參閱圖3所示，以光學顯微鏡量測所述該等側壁22之外端222的間距D1。於本實施例中，所述該等側壁22之外端222的間距D ₁為50微米。

然後，請參閱圖3所示，以該夾角R及該等外端222的間距D1計算所述交點I至該等外端222之間的連線之垂直距離H1。於本實施例中，所述交點I至該等外端222之間的連線之垂直距離H1係藉由該等外端222的間距D ₁的二分之一乘以該夾角R之正切函數(tangent)所獲得，本實施例之所述交點I至該等外端222之間的連線之垂直距離H1為43.3微米。其中，所述交點I至該等外端222之間的連線之垂直距離H1亦即該第二等腰三角形之高，由於該第二等腰三角形相似於該第一等腰三角形，該等側壁22之外端222之間的連線平行於該底壁21，因此，所述交點I至該等外端222之間的連線之垂直距離H1可經由三角函數計算獲得。

再來，請參閱圖4所示，令一研磨機研磨所述第一表面11以形成所述與該等側壁22之待測點223相接的第三表面31並獲得所述待處理晶圓30，即薄化該母晶圓10為所述待處理晶圓30，所述待處理晶圓30包含有該第二表面12、該第三表面31及一形成於該第三表面31與該第二表面12之間的厚度t。

接著，請參閱圖4所示，以光學顯微鏡量測所述該等側壁22之待測點223的間距D2。於本實施例中，所述該等側壁22之待測點223的間距D2為100微米。

請參閱圖4所示，以該夾角R與該等待測點223的間距D2計算該交點I至該等待測點223之間的連線之垂直距離H2；於本實施例中，所述交點I至該等待測點223之間的連線之垂直距離H2係藉由該等待測點223的間距D2的二分之一乘以該夾角R之正切函數所獲得，所述交點I至該等待測點223之間的連線之垂直距離H2為86.6微米。其中，所述交點I至該等待測點223之間的連線之垂直距離H2亦即該第三等腰三角形之高，由於該第三等腰三角形相似於該第一等腰三角形，該等側壁22之待測點223之間的連線平行於該底壁21，因此，所述交點I至該等外端222之間的連線之垂直距離H2可經由三角函數計算獲得。

請參閱圖2至4所示，令該母晶圓10之厚度T減去該交點I至該等外端222之間的連線之垂直距離H1與該交點I至該等待測點223之間的連線之垂直距離H2的差值，以獲得該待處理晶圓30之厚度t；於本實施例中，該交點I至該等外端222之間的連線之垂直距離H1與該交點I至該等待測點223之間的連線之垂直距離H2的差值為50微米，該待處理晶圓30之厚度t為681.7微米。

實施例2

於本實施例之晶圓厚度量測計算方法與實施例1之晶圓厚度量測計算方法概同。於本實施例之晶圓厚度量測計算方法與實施例1之晶圓厚度量測計算方法不同之處如下所述。

請參閱圖5所示，於提供所述母晶圓10A之步驟中，所述母晶圓10A之厚度T'為725微米，且所述母晶圓10A之材質為矽。

請參閱圖5所示，於以乾蝕刻技術形成所述標記凹部20A於所述第一表面11A上之步驟中，所述乾蝕刻技術為深反應性離子蝕刻技術，其係對該第一表面11A交替進行使用六氟化硫的蝕刻3秒至6秒以及使用八氟環丁烷的鈍化8秒至13秒，並且重複所述依序進行使用六氟化硫的蝕刻步驟以及使用八氟環丁烷的鈍化步驟，從而形成所述標記凹部20A，六氟化硫之氣體流量為300 sccm至1000 sccm，八氟環丁烷之氣體流量為200 sccm至500 sccm，載片台功率為20W至100W，線圈功率為1000W至3500W。所述標記凹部20A的各側壁22A與該底壁21A之夾角R'大於90°，且所述交點I'係位於第一表面11A靠近該第二表面12A之一側；具體而言，該夾角R'為120°±1°。

請參閱圖5所示，於量測該標記凹部20A的二側壁22A之外端222A的間距D1'之步驟中，所測得之該等側壁22A之外端222A的間距D1'為173.2微米。

請參閱圖5所示，於以該夾角R'與該等外端222A的間距D1'計算所述交點I'至該等外端222A之間的連線之垂直距離H1'之步驟中，所述交點I'至該等外端222A之間的連線之垂直距離H1'係藉由該等外端222A的間距D1'的二分之一乘以該夾角R'的互補角Rc'之正切函數所獲得，本實施例之所述交點I'至該等外端222A之間的連線之垂直距離H1'為100微米。

於量測所述該等側壁22A之待測點223A的間距D2'之步驟中，所測得之該等側壁22A之待測點223A的間距D2'為86.6微米。

請參閱圖6所示，於以該夾角R'與該等待測點223A的間距D2'計算該交點I'至該等待測點223A之間的連線之垂直距離H2'之步驟中，所述交點I'至該等待測點223A之間的連線之垂直距離H2'係藉由該等待測點223A的間距D2'的二分之一乘以該夾角R'的互補角Rc'之正切函數所獲得，本實施例之所述交點I'至該等待測點223A之間的連線之垂直距離H2’為50微米。

請參閱圖5及6所示，於令該母晶圓之厚度T'減去該兩垂直距離H1'、H2'的差值以獲得該待處理晶圓30A之厚度t'之步驟中，該交點I'至該等外端222A之間的連線之垂直距離H1'與該交點I'至該等待測點223A之間的連線之垂直距離H2'的差值為50微米，該待處理晶圓30A之厚度t'為675微米。

由上述可見，所述晶圓厚度量測計算方法，藉由所述設置於該母晶圓10、10A上且各側壁22、22A與底壁21、21A之夾角R、R'不等於90°的標記凹部20、20A，僅需於母晶圓10、10A薄化前後分別量測該等側壁22、22A之外端222、222A的間距D1、D1'及該等側壁22、22A之待測點223、223A之間距D2、D2'，再令該等間距D1、D2、D1'、D2'及該夾角R、R'經三角函數計算，即可算得該待處理晶圓30、30A之厚度t、t'。所述晶圓厚度計算方法所獲得的待處理晶圓30、30A之厚度t、t'，不易受到不同人員的手法而產生變異，且即便所述待處理晶圓30、30A內部已存在有孔洞結構也不影響所獲得的待處理晶圓30、30A之厚度t、t'。因此，所述晶圓厚度量測計算方法能減少因量測人員的不同或因晶圓結構所造成的量測錯誤，從而能獲得提升厚度量測值之準確率。

10、10A‧‧‧母晶圓
11、11A‧‧‧第一表面
12、12A‧‧‧第二表面
20、20A‧‧‧標記凹部
21、21A‧‧‧底壁
22、22A‧‧‧側壁
221‧‧‧內端
222、222A‧‧‧外端
223、223A‧‧‧待測點
30、30A‧‧‧待處理晶圓
31‧‧‧第三表面
D1、D1'、D2、D2'‧‧‧間距
R、R'‧‧‧夾角
Rc'‧‧‧互補角
T、T'、t、t'‧‧‧厚度
H1、H1'、H2、H2'‧‧‧距離
I、I'‧‧‧交點
S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8‧‧‧步驟

圖1為本發明的厚度量測計算方法之步驟流程圖；圖2為本發明的實施例1之厚度量測計算方法所使用的母晶圓之側視剖面示意圖；圖3為設置標記凹部於圖2的母晶圓上之示意圖；圖4為本發明的實施例1之厚度量測計算方法所使用的待處理晶圓之側視剖面示意圖；圖5為設置有標記凹部的本發明的實施例2之厚度量測計算方法所使用的母晶圓之示意圖；圖6為本發明的實施例2之厚度量測計算方法所使用的待處理晶圓之側視剖面示意圖。

無

S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8‧‧‧步驟

Claims

一種晶圓厚度量測計算方法，其步驟包含：提供一母晶圓，該母晶圓包含有一第一表面、一相反於該第一表面的第二表面及一形成於該第一表面與該第二表面之間的厚度；以乾蝕刻技術於該母晶圓之第一表面上形成一標記凹部，該標記凹部包含有一底壁及二側壁，各側壁包含有一內端、一外端及一位於該內端與外端之間的待測點，各側壁之內端及外端分別與該第一表面及該底壁相接，各側壁與該底壁之間具有一不等於90°的夾角，該等側壁之外端之間的連線平行於該底壁，且該等側壁之待測點之間的連線平行於該底壁，且該等側壁之延伸線交會於一交點；以光學顯微鏡量測該等側壁之外端的間距；以該夾角與該等外端的間距計算該交點至該等外端之間的連線之垂直距離；研磨該第一表面以形成一與該等側壁之待測點相接的第三表面，從而獲得一待處理晶圓，該待處理晶圓包含有該第二表面、該第三表面及一形成於該第三表面與該第二表面之間的厚度；以光學顯微鏡量測該等側壁之待測點的間距；以該夾角與該等待測點的間距計算該交點至該等待測點之間的連線之垂直距離；計算該交點至該等外端之間的連線之垂直距離與該交點至該等待測點之間的連線之垂直距離的差值；令該母晶圓之厚度減去該差值，以獲得該待處理晶圓之厚度。
如請求項1所述的晶圓厚度量測計算方法，其中所述乾蝕刻技術為深反應性離子蝕刻技術。
如請求項2所述的晶圓厚度量測計算方法，其中以乾蝕刻技術形成一標記凹部於該母晶圓之第一表面上之步驟包含：先後以六氟化硫蝕刻該第一表面及以八氟環丁烷鈍化該第一表面，以獲得所述標記凹部。
如請求項1至3中任一項所述的晶圓厚度量測計算方法，其中：各側壁與該底壁之間的夾角小於90°，且該交點位於第一表面遠離該第二表面之一側；以該夾角與該等外端的間距計算該交點至該等外端之間的連線之垂直距離之步驟包含：令該等外端的間距的二分之一乘以該夾角之正切函數，獲得該交點至該等外端之間的連線之垂直距離；且以該夾角與該等待測點的間距計算該交點至該等待測點之間的連線之垂直距離之步驟包含：令該等待測點的間距的二分之一乘以該夾角之正切函數，獲得該交點至該等待測點之間的連線之垂直距離。
如請求項1至3中任一項所述的晶圓厚度量測計算方法，其中：各側壁與該底壁之間的夾角大於90°，且該交點位於第一表面靠近該第二表面之一側；以該夾角與該等外端的間距計算該交點至該等外端之間的連線之垂直距離之步驟包含：令該等外端的間距的二分之一乘以該夾角的互補角之正切函數，獲得該交點至該等外端之間的連線之垂直距離；且以該夾角與該等待測點的間距計算該交點至該等待測點之間的連線之垂直距離之步驟包含：令該等待測點的間距的二分之一乘以該夾角的互補角之正切函數，獲得該交點至該等待測點之間的連線之垂直距離。
如請求項1至3中任一項所述的晶圓厚度量測計算方法，其中所述母晶圓之材質為矽、鍺、石英或玻璃。
如請求項4所述的晶圓厚度量測計算方法，其中所述母晶圓之材質為矽、鍺、石英或玻璃。
如請求項5所述的晶圓厚度量測計算方法，其中所述母晶圓之材質為矽、鍺、石英或玻璃。